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Die Erfindung betrifft eine Trennscheibe zur Erzeugung gekrümmter Trennschnitte und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Trennscheibe, insbesondere zur Verwendung in Freihand-Winkelschleifern nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs.
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Zur Herstellung gekrümmter Konturen, insbesondere für einen Freihandeinsatz mit handgeführten Maschinenwerkzeugen, werden überwiegend kunstharzgebundene faserverstärkte Trenn- und Schruppscheiben eingesetzt. Auf www.vis.bayern.de wird dazu Bezug nehmend auf die europäische Norm EN12413:2007 u. a. aus Sicherheitsanforderungen für Schleifkörper aus gebundenen Schleifmitteln ausgeführt, dass Trennscheiben nicht als Schruppscheiben verwendet werden dürfen, da die Seitenbelastbarkeit der Trennscheiben im Vergleich zu Schruppscheiben nicht ausreicht. Trennscheiben dürfen nur gerade am Schnitt eingeführt werden, dürfen nicht verkanten und sind somit für die Herstellung von gekrümmten Konturen ungeeignet.
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Mithin ist das verfügbare Werkzeugangebot auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften und der daraus möglichen Verwendung in Trennscheiben und Schruppscheiben eingeteilt. Es haben sich z.B. die Formen T41 sowie T42 für Trennscheiben und die Typen T27 sowie T28 für Schruppscheiben zur Oberflächenbearbeitung mit kunstharzgebundene Schleifscheiben etabliert, welche alle für Freihandeinsatz zugelassen sind.
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In der Druckschrift
DE 10 2013 003 233 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen von einfach oder mehrfach gekurvten Konturen sowie ein entsprechendes Werkzeug vorgeschlagen, welches eine Hauptschneide zum Trennen und eine Nebenschneide zum Abtragen von Material quer dazu aufweist. Dazu ist der äußere Umfang des Werkzeuges topfförmig ausgebildet. Nachteilig ist dabei, dass der Trennschnitt sehr breit ausfällt und der Radius gegenüber der Scheibe groß sein muss, da es sich um ein relativ massives Werkzeug handelt.
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Die Druckschrift
DE 88 15 942 U1 offenbart ein Sägeblatt, wobei das Sägeblatt eine kugelsegmentförmige oder kugelschalen-segmentförmige Ausbildung aufweist. Mittels dieser Ausbildung sind kreisförmige Ausschnitte mittels des Sägeblattes in einer ebenen Fläche möglich.
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Aus der Druckschrift
GB 21 16 42 A ist eine Schneidemaschine für kreisförmige Konturen bekannt. Die Schneidemaschine ist nicht für eine Freihandbearbeitung geeignet, und nur aufwendig transportabel. Die Maschine weist einen Arm auf, welcher eine Rotation ermöglicht, wobei am Ende des Arms ein Schneidwerkzeug angeordnet ist. Der Arm ist dabei in horizontaler wie vertikaler Richtung einstellbar.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennscheibe zur Erzeugung gekrümmter Trennschnitte sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Trennscheibe zu entwickeln, welche auf ebenen und unebenen Flächen mit einer hohen Schnittgenauigkeit anwendbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft eine Trennscheibe zur Erzeugung gekrümmter Trennschnitte, insbesondere zur Bearbeitung metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe mit sowohl ebener als auch unebener Oberfläche in Form von Blechen oder Rohren mittels eines Freihand-Winkelschleifers. Die Trennscheibe besteht vorzugsweise aus einem kunstharzgebundenen faserverstärkten biegesteifen Material, wobei die kreisförmige Trennscheibe einen Befestigungsbereich mit einer Aufnahmebohrung aufweist, wobei sich die Aufnahmebohrung in Richtung der Rotationsachse A der Trennscheibe erstreckt. Des Weiteren weist die Trennscheibe einen Schneidbereich mit umlaufender Schneide und einem Außendurchmesser bei einer für Trennscheiben üblichen Scheibenstärke auf. Diese beträgt maximal 6mm, bevorzugt 1 - 4mm. Die Trennscheibe ist in ihrem Querschnitt wenigstens einfach gekröpft derart, dass der Schneidbereich wenigstens einen ersten Wölbungswinkel in Bezug auf den Befestigungsbereich aufweist. Der Schneidbereich ist derart zum Befestigungsbereich angeordnet, dass diese nicht parallel liegen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Trennscheibe einen sich zwischen dem Befestigungsbereich und dem Schneidbereich erstreckenden Übergangsbereich auf, wobei die Trennscheibe in ihrem Querschnitt zwischen dem Befestigungsbereich und einem Übergangsbereich eine zweite Kröpfung mit einem zweiten Wölbungswinkel bildet. Durch den Aufbau mit zwei gekröpften Bereichen wird die Seitenlastfestigkeit bei geringer Stärke der Scheiben deutlich erhöht. Der Scheibendurchmesser der Trennscheibe liegt vorzugsweise zwischen 76 und 240mm.
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Der zweite Wölbungswinkel der zweiten Kröpfung ist größer als der erste Wölbungswinkel der ersten Kröpfung ausgebildet. Dies führt zu einer Erhöhung der Stabilität der Trennscheibe im Einsatz.
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Der, zwischen der Horizontalen, welche parallel zu dem Befestigungsbereich liegt, und dem Schneidbereich, gebildete erste Wölbungswinkel beträgt zwischen 10° und 20° wobei auch größere oder kleinere Winkel >0° denkbar sind.
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Aus der Winkelbeziehung zwischen der Rotationsachse und dem ersten Wölbungswinkel ergibt sich in Abhängigkeit des ersten Wölbungswinkels ein Winkel der Schneide in Bezug auf eine Parallele der Rotationsachse zu 10° bis 20°.
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Die Trennscheibe weist vorzugsweise Lagen von Glasgeweben und Phenolharzbindungen mit Schleifmitteln auf, wobei die Trennscheibe Sicherheitsstandards gemäß EN12413 hinsichtlich Bruchumfangsgeschwindigkeit sowie Einpunkt-Seitenbelastung erfüllt. Hierbei wurden die Kriterien von Schruppscheiben, welche ausdrücklich zum Seitenschleifen zugelassen sind, zugrundegelegt.
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Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Trennscheibe ist derart gestaltet, dass ein Rohling einer planen Trennscheibe mittels eines Umformwerkzeuges umgeformt und anschließend im oder außerhalb des Umformwerkzeuges ausgehärtet wird. Dazu findet eine erfindungsgemäße Vorrichtung Anwendung.
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Die Schnittdurchführung für gekrümmte Trennschnitte erfolgt im Stufenschnittverfahren. Zunächst wird durch Abfahren einer durch Anzeichnen oder Anreißen markierten Kurvenlinie eine Vertiefung erzeugt. Diese Vertiefung wird in weiter folgenden Wiederholungen des ersten Schnitts vergrößert, bis das Material im Schnittbereich fast durchtrennt ist. Der letzte Schnitt erfolgt dann, indem das Werkzeug in der Schnittfuge komplett eingetaucht ist und den Trennvorgang vollendet.
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Die erfindungsgemäße Trennscheibe ist für die Durchführung von Trennschnitten entlang von Radien und gekrümmten Konturen konzipiert und kann auf allen metallischen Blechwerkstoffen und auch keramischen Werkstoffen (Glas, Beton, Steinzeug usw.) mit einer maximalen Dicke von 5 mm eingesetzt werden.
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Damit ist es möglich, Kreise, Aussparungen beliebiger Geometrie und Randkurven in solchen Materialien zu erzeugen. Das Material selbst muss nicht eben sein. Es können ebenso Rohre bearbeitet werden, solange die maximale Materialstärke nicht überschritten wird. Durch geeignete Schnittführung ist die Trennscheibe in der Lage verschiedene Radien zu trennen.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung einer Trennscheibe, wobei die Vorrichtung ein Umformelement mit einem konzentrisch angeordneten Aufnahmebolzen aufweist. Das Umformelement besteht vorzugsweise aus einer formgebenden Unterplatte mit einem zentrischem Aufnahmebolzen und darüber angeordneten Umformelementen in Form von Umformelementen mit einem Durchbruch, wobei mehrere Umformelemente mittels des Aufnahmebolzens übereinander positionierbar sind. Die Umformelemente sind derart ausgebildet, dass sie die formgebende Kontur der Trennscheibe an ihrer oberen und unteren Stirnseite aufweisen. Zwischen den übereinander angeordneten Umformelementen werden die nicht ausgehärten Trennscheiben-Rohlinge, bestehend aus einer oberen und unteren Decklage aus Gewebe und darin angeordneten, in Kunstharz gebundenen Schleifmitteln, mit dem Metallring und gegebenenfalls Etikett eingelegt und mittels der formgebenden Kontur an ihrer oberen und unteren Stirnseite in Form der endgültigen Trennscheibe gebracht und unter hohem Druck gepresst.
So können während eines Pressvorgangs mehrere Trennscheiben hergestellt werden. Die Trennscheiben-Rohlinge sind in Form von Gewebe, Mischungsschichten mit Etiketten und Metallring ausgebildet.
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Auch eine zweiteilige Ausbildung der Umformelemente ist denkbar, wobei bei einer zweiteiligen Ausgestaltung die Umformelemente eine plane Stirnseite und eine der Kontur der Trennscheibe entsprechende Stirnseite aufweisen.
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Im Folgenden werden die Trennscheiben in der Vorrichtung als Paket in einem Ofen oder eine Heizeinrichtung über mehrere Stunden unter Zuführung von Wärme ausgehärtet, wobei der Ofen vorzugsweise zwischen 150 und 210 °C aufweist. Es erfolgt während des Aushärtvorgangs eine Polykondensation des in dem Trennscheiben-Rohling eingebrachten Phenolharzes. Diese Vernetzung erfolgt ab 150 °C. Zum Trennen des Pakets können Trennmittel vorgesehen sein, beispielsweise eine Ablegeplatte, die ein Trennen der Trennscheibe von den Umformelementen vereinfacht.
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Die Stapel aus Trennscheiben und Umformelementen können bis zu 100 Trennscheiben-Rohlinge umfassen, welche abwechselnd mit den Umformelementen auf der Unterplatte gestapelt und mittels Preßbolzens zentrierbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Trennscheibe im Querschnitt,
- 2 eine erfindungsgemäße Trennscheibe in aufgebrochener 3D-Darstellung,
- 3 die Verwendung der Trennscheibe in einem Freihand-Winkelschleifer,
- 4 eine erste Schnittdurchführung mittels der Trennscheibe,
- 5 das vollständige Eintauchen der Trennscheibe während des Trennens,
- 6 die Vorrichtung zum Pressen der Trennscheiben-Rohlinge.
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Bekannte Schleifscheiben sind vorzugsweise in die Kategorie Trennscheiben und Schruppscheiben einteilbar. Trennscheiben dienen dem Trennen von Material, wobei dies ausschließlich mittels eines geraden Schnittes erfolgt. Um Material abzutragen weisen bekannte Schruppscheiben gekröpfte Querschnitte mit einer Scheibenstärke von mehr als 6mm auf. Schruppscheiben eignen sich aufgrund des Aufbaus und der großen Scheibenstärke nur bedingt zum Trennen. Es entstehen bestenfalls undefinierte breite Schnitte, um ein zu bearbeitendes Werkstück grob in zwei Teile zu trennen. Trennscheiben sind im Vergleich wesentlich dünner ausgebildet, wobei die Scheibenstärke unterhalb von 6 mm liegt.
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Die erfindungsgemäße Trennscheibe vereint die Vorteile beider Typen.
In 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße kreisförmige um eine Rotationsachse A rotierbare Trennscheibe im Schnitt dargestellt. 1 zeigt einen Querschnitt der Trennscheibe, 2 eine erfindungsgemäße Trennscheibe in aufgebrochener 3D-Darstellung. Die Trennscheibe weist einen horizontal liegenden Befestigungsbereich 1, einen daran angrenzenden Übergangsbereich 2 und einen Schneidbereich 3 auf. In dem Befestigungsbereich 1 ist eine Aufnahmebohrung 4 auf, welche koaxial zu der Rotationsachseachse A der Trennscheibe angeordnet ist. In der Aufnahmebohrung 4 ist die Trennscheibe über einen hier nicht dargestellten Zapfen mit Zentrierdorn, Gewinde und Mutter mit einem hier nicht dargestellten Antrieb verbunden. Dies kann beispielsweise ein handelsüblicher Winkelschleifer mit seiner bekannten Schleifscheibenaufnahme sein. Zur Aufnahme der Trennscheibe in die Handschleifmaschine ist vorzugsweise ein Metallring um die Aufnahmebohrung 4 angeordnet.
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Die Trennscheibe weist eine erste und zweite Kröpfung 5, 6 mit einem ersten und zweiten Wölbungswinkel α, β auf, wobei der erste Wölbungswinkel α den Winkel zwischen dem Schneidbereich 3 und der Horizontalen (Parallele zum Befestigungsbereich 1) angibt, und der zweite Winkel β den Winkel zwischen dem Übergangsbereich 2 und der Horizontalen. Dabei ist der erste Wölbungswinkel α vorzugsweise kleiner als der zweite Wölbungswinkel β.
Der zwischen der ersten und zweiten Kröpfung 5, 6 angeordnete Übergangsbereich 2 bildet eine Abstützung der Trennscheibe und erhöht die Stabilität und Biegesteifigkeit.
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Die Trennscheibe besteht aus einem kunstharzgebundenen faserverstärkten Material, welches ihm einen biegesteifen Querschnitt und eine der Beanspruchung angemessene Festigkeit verleiht.
Je nach zu bearbeitendem Material ist der Wölbungswinkel α zwischen 10 Grad und 20 Grad zu wählen. Aufgrund des durch den ersten Wölbungswinkel α in seiner Lage zum Befestigungsbereich geänderten Schneidbereich weist dieser eine nicht parallel stehende Schneide 7 auf, wobei der Winkel γ der Schneide in Bezug eine Parallele der Rotationsachse aufgrund der Winkelgesetze dem erste Wölbungswinkel α entspricht.
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Die Scheibenstärke s ist je nach Material und Festigkeitsanforderung zwischen 1 mm und 2mm auszuführen, kann aber im Einzelfall auch bis 4 mm erfordern.
Mit dieser Geometrie ist es möglich, das Werkzeug im Freihandschnitt in Radien zu führen und so gekrümmte Schnitte auszuführen. Ein Abtragen der Glasfasereinlage an der Schneide 7 wie bei einer herkömmlichen Trennscheibe tritt hier nicht auf.
Auch eine Ausgestaltung der Trennscheibe mit nur einer Kröpfung und einem Wölbungswinkel ist denkbar. Dabei würde der Übergangsbereich entfallen und eine direkte Verbindung zwischen Befestigungsbereich und Schneidbereich mit nur einem dazwischen angeordneten Winkel existieren.
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Die Verwendung der Trennscheibe in einem Freihand-Winkelschleifer W ist in den 3 bis 5 dargestellt. Gemäß den 3 bis 5 erfolgt die Schnittdurchführung für gekrümmte Trennschnitte im Stufenschnittverfahren. Zunächst wird durch Abfahren einer durch Anzeichnen oder Anreißen markierten Kurvenlinie auf einem Blech B eine Vertiefung V erzeugt. Diese Vertiefung V wird in weiter folgenden Wiederholungen des ersten Schnitts vergrößert, bis das Material im Schnittbereich fast durchtrennt ist. Der letzte Schnitt gemäß 5 erfolgt dann, indem das Werkzeug in der Schnittfuge F komplett eingetaucht ist und den Trennvorgang vollendet.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der 6 dargestellt. Die Vorrichtung dient zur Herstellung einer Trennscheibe, wobei die Vorrichtung mehrere formgebende Elemente 8 aufweist, wobei die Elemente 8 vorzugsweise aus einer formgebenden Unterplatte 8.1 mit einem zentrischen Aufnahmebolzen 9 und darüber angeordneten Umformelementen 8.2 mit einem konzentrischen Durchbruch 8.2.1 bestehen derart, dass mehrere Umformelemente 8.2 mittels des Aufnahmebolzens 9 übereinander positionierbar und stapelbar sind. So können während eines Pressvorgangs mehrere Trennscheiben hergestellt werden.
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Die Umformelemente 8.2 sind derart ausgebildet, dass sie die formgebende Kontur der Trennscheibe an ihrer oberen 8.2.2 und unteren 8.2.3 Stirnseite aufweisen. Jedoch ist auch eine zweiteilige Ausgestaltung denkbar, wobei ein Umformelement eine obere formgebende Kontur an der Unterseite und eine plane Fläche auf der Oberseite aufweist und eine zweites Umformelement eine formgebende Kontur an der Oberseite und eine plane Fläche an der Unterseite aufweist. Somit sind die zweiteilig ausgebildeten Umformelemente ebenfalls stapelbar. Vorteilhafter Weise ist in dem Fall die Unterplatte 8.1 planparallel ausgebildet.
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Zwischen den übereinander angeordneten Umformelementen 8.2 werden die nicht ausgehärten scheibenförmigen Trennscheiben-Rohlinge 10 eingelegt und mittels der formgebenden Kontur an ihrer oberen und unteren Stirnseite 8.2.2, 8.2.3 in Form der endgültigen Trennscheibe gebracht und unter hohem Druck unter Aufbringen einer Kraft K gepresst.
Die Trennscheiben-Rohlinge 10 und formgebenden Elemente 8 sind dabei von einer Umhausung 11 umgeben.
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Die Trennscheiben-Rohlinge 10 sind in Form von einer ersten Schicht eines Gewebes mit darüber angeordnetem Granulat in Form eines, in Kunstharz gebundenem Schleifmittels und einer weiteren darüberliegenden Gewebeschicht ausgebildet. Des Weiteren verfügt ein Trennscheiben-Rohling über einen Metallring im Bereich des Durchbruchs und das Etikett. Die in der Vorrichtung angeordneten Komponenten werden somit formgebend gepresst.
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Nach der erfolgten Formgebung der Trennscheiben-Rohlinge werden diese in einem Ofen oder einer Heizeinrichtung als Stapel ausgehärtet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Befestigungsbereich
- 2
- Übergangsbereich
- 3
- Schneidbereich
- 4
- Aufnahmebohrung
- 5
- Erste Kröpfung
- 6
- Zweite Kröpfung
- 7
- Schneide
- 8
- Formgebende Elemente
- 8.1
- Unterplatte
- 8.2
- Umformelement
- 8.2.1
- Durchbruch
- 8.2.2
- Untere Stirnseite
- 8.2.3
- Obere Stirnseite
- 9
- Aufnahmebolzen
- 10
- Trennscheiben-Rohling
- 11
- Umhausung
- A
- Rotationsachse
- B
- Blech
- s
- Scheibenstärke
- F
- Schnittfuge
- V
- Vertiefung
- W
- Winkelschleifer
- α
- erster Wölbungswinkel
- β
- zweiter Wölbungswinkel
- γ
- Winkel der Schneide
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013003233 A1 [0004]
- DE 8815942 U1 [0005]
- GB 211642 A [0006]
